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Capítulo 2Capítulo 2
Organização de Sistemas Organização de Sistemas 
ComputacionaisComputacionais
Prof. Minoru CCF210-Arq.e Org.de Computadores I 2
2.1 Processadores2.1 Processadores
A organização de um computador simples com uma CPU e 
dois dispositivos de E/S
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2.1.1 Organização do 
Processador
O caminho de dados de uma típica máquina de Von Neumann
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2.1.2 Execução de Instruções
 A grosso modo:
1. Busca da próxima instrução na memória e armazenamento 
da instrução no instruction register (IR).
2. Atualização do valor do program counter (PC), fazendo-
o apontar para a instrução seguinte.
3. Determinação do tipo da instrução que está armazenado 
no registrador de instruções.
4. Se a instrução precisar de uma palavra armazenada na 
memória, nesse passo deve ser determinado onde essa 
palavra está armazenada.
5. Busca da palavra, se necessário, e armazenamento em 
um dos registradores do processador.
6. Execução da instrução.
7. Guardar resultado, se necessário.
8. Retorno ao passo 1 para iniciar a execução da instrução 
seguinte.
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 Wilkes (1951) propôs um projeto de 
computadores simples e mais baratos
 Os computadores mais simples, com 
instruções interpretadas, com vantagens:
1. A capacidade de corrigir no campo eventuais erros 
nas implementação de instruções.
2. A oportunidade de incorporar novas instruções às 
máquinas existentes, a um custo muito baixo, 
mesmo depois de as mesmas terem sido 
despachadas para o cliente.
3. Projeto estruturado que permitia o 
desenvolvimento, o teste e a documentação de 
instruções complexas de maneira muito eficiente.
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2.1.3 RISC versus CISC
 1970 – Projeto de processadores com 
instruções muito complexas, cuja 
implementação era facilitada com emprego 
de interpretadores.
 Minimizar “gap semântico” – distância entre 
a linguagem de programação e o que 
realmente a máquina consegue realizar
 1980 – Projeto de processadores sem 
interpretadores, liderado por David 
Patterson e Carlo Séquin, ednominado 
RISC.
 1981 – John Hennessy - MIPS
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 RISC – Reduced Instruction Set Computer 
– 50 instruções
 CISC – Complex Instruction Set Computer 
– 200 a 300 intruções
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2.1.4 Princípios de Projeto para 
Computadores Modernos
Alguns princípios que a maioria dos 
projetistas se esforçam a alcançar:
 Todas as instruções são diretamente executadas 
por hardware
 Maximizar a taxa à qual as instruções são 
executadas
 As instruções precisam ser facilmente 
decodificadas
 Somente instruções de Load e Store devem 
referenciar a memória
 Projetar uma máquina com muitos registradores
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2.1.5 Paralelismo no Nível das 
Instruções
O desafio dos projetistas é melhorar cada vez 
mais a performance das máquinas.
O paralelismo pode ser feito de 2 maneiras: a 
nível de instrução e a nível do processador
 Execução em Pipeline
 IBM Stretch(1959): buffer de pré-busca (prefetch 
buffer) -> execução da instrução em 2 partes: a 
busca e a efetiva execução
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a) Pipeline de cinco estágios.
b) Estado de cada estágio em função do tempo. São ilustrados 
nove ciclos de relógio.
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O processamento em pipeline estabelece 
uma relação entre:
 Latência: tempo que uma instrução demora para 
ser executada
 Banda passante: quantidade de instruções que o 
processador executa MIPS
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 Arquiteturas Superescalares
– Processador com pipelines duplos de cinco 
estágios com uma unidade de busca de 
instrução em comum.
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Ideia dos processadores com arquitetura 
superescalar em 1987
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2.1.6 Paralelismo no Nível do 
Processador
 Computadores Matriciais
Processador matricial do tipo ILLIAC IV.
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 Computadores Vetoriais
– Parecidos com os processadores matriciais
– Grande fabricante Cray
 Instruções SIMD – Single Instruction 
Multiple Data
 Atualmente as instruções MMX e SSE 
funcionam de forma semelhante
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 Multiprocessadores
a) Multiprocessador com barramento único.
b) Multicomputador com memórias locais.
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 Multiprocessadores
a) Multiprocessador com barramento único.
b) Multicomputador com memórias locais.
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 Multicomputadores
Cluster caseiro
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Cluster da NASA
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